頭條新聞

廣州健康院發(fā)現線(xiàn)粒體基因編碼第14個(gè)蛋白質(zhì)的“線(xiàn)粒體約定”新模式

發(fā)布時(shí)間:2024-05-03 來(lái)源:廣州生物醫藥與健康研究院

5月3日,中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院劉興國課題組在Cell Metabolism期刊發(fā)表了題為“A novel protein CYTB-187AA encoded by the mitochondrial gene CYTB modulates mammalian early development”?的文章。該研究發(fā)現并證實(shí),除13個(gè)的線(xiàn)粒體基因編碼的蛋白質(zhì)外,線(xiàn)粒體基因細胞色素 b (CYTB)可以產(chǎn)生一個(gè)線(xiàn)粒體基因編碼胞質(zhì)翻譯?(mtDNA-encoded proteins arising from cytosolic translation,mPACT) 的新蛋白CYTB-187AA,這一模式的英文縮寫(xiě)PACT具有“約定”的含義,因此將這一新模式稱(chēng)為“線(xiàn)粒體約定”。進(jìn)一步揭示 CYTB-187AA在胞質(zhì)翻譯后定位到線(xiàn)粒體基質(zhì)中,通過(guò)ATP依賴(lài)的方式調控早期發(fā)育。

眾所周知,教科書(shū)上寫(xiě)明哺乳動(dòng)物的線(xiàn)粒體基因組包含37個(gè)基因,其中13個(gè)基因編碼信使RNA翻譯為蛋白質(zhì)、22個(gè)編碼轉運RNA、2個(gè)編碼核糖體RNA。線(xiàn)粒體基因組編碼的信使RNA在內膜包裹的基質(zhì)內,由線(xiàn)粒體核糖體翻譯,形成內膜上呼吸鏈的13個(gè)蛋白質(zhì),在能量產(chǎn)生中發(fā)揮了核心作用。線(xiàn)粒體基因組中心法則的密碼子,與細胞核在細胞質(zhì)核糖體翻譯的“標準密碼子”存在明顯不同。然而,線(xiàn)粒體基因組編碼區是否可以使用細胞質(zhì)標準遺傳密碼編碼新的蛋白質(zhì)?這是關(guān)乎中心法則的最基本科學(xué)問(wèn)題。

作為唯一的呼吸鏈復合物III的線(xiàn)粒體編碼基因,劉興國團隊針對線(xiàn)粒體基因細胞色素 b (CYTB),其信使RNA出線(xiàn)粒體而使用胞質(zhì)核糖體的標準遺傳密碼編碼全新蛋白質(zhì)進(jìn)行分析,并制定了這一187個(gè)氨基酸長(cháng)的新蛋白質(zhì)的抗體。利用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜 (LC-MS/MS) 鑒定了CYTB-187AA的外源特征肽,在多株人、鼠的細胞中鑒定了多條匹配的內源特征肽。隨后使用 MoonTag 系統可視化 CYTB-187AA信使RNA 在胞質(zhì)核糖體的翻譯,并通過(guò)Western Blot在多株人、鼠的細胞中檢測到了CYTB-187AA。為了驗證其線(xiàn)粒體基因組來(lái)源,團隊比較了線(xiàn)粒體基因組缺失細胞和野生型細胞,發(fā)現 CYTB-187AA 僅在后者表達。

進(jìn)一步,通過(guò)超高分辨顯微鏡,發(fā)現CYTB-187AA在胞質(zhì)翻譯后定位到線(xiàn)粒體基質(zhì)中,其中N端的37個(gè)氨基酸在靶向線(xiàn)粒體基質(zhì)中起到了決定性作用。有趣的是,誘導多能干細胞(iPSC)與親本成纖維細胞或其分化的肝細胞相比,CYTB-187AA 在iPSC 中的表達量更高,這暗示CYTB-187A與多能性存在重要關(guān)聯(lián)。的確,在干細胞的始發(fā)態(tài)(Primed)-原始態(tài)(Na?ve) 的兩種多能性狀態(tài)中,CYTB-187AA是原始態(tài)所必需的,并調控兩種狀態(tài)的轉換過(guò)程。機制上,CYTB-187AA通過(guò)與線(xiàn)粒體磷酸轉運蛋白SLC25A3相互作用,以ATP依賴(lài)的方式進(jìn)行調控。而在體內,劉興國團隊建立了 CYTB-187AA敲降小鼠模型,發(fā)現 CYTB-187AA敲降會(huì )減少卵泡數量,從而損害雌性生育能力。

該研究改寫(xiě)了教科書(shū)中“線(xiàn)粒體基因組編碼13個(gè)蛋白”的論斷,發(fā)現了線(xiàn)粒體基因組上編碼復合物III中細胞色素 b 的CYTB基因可以使用胞質(zhì)核糖體的標準遺傳密碼編碼第14個(gè)全新蛋白質(zhì)。線(xiàn)粒體與細胞核二十億年前相遇,開(kāi)始了真核生物的進(jìn)化,而進(jìn)化中,兩者不同密碼子的中心法則,“與君若只如初見(jiàn),動(dòng)若參商終不怨”,并不是象參星和商星一樣獨立運行。 “奈何等閑絲未盡,我以我心為探看”,?線(xiàn)粒體約定,用其部分信使RNA使用細胞核中心法則,是兩個(gè)中心法則交互事件。


其次,線(xiàn)粒體基因 CYTB?的雙重翻譯模式:母蛋白 CYTB 與CYTB-187AA展示了線(xiàn)粒體能量的雙重調控模式。與在呼吸鏈復合物III中的?CYTB蛋白比較, 這一線(xiàn)粒體基因編碼的第14個(gè)蛋白質(zhì)CYTB-187AA與SLC25A3相互作用,異曲同工的調節能量過(guò)程,在卵子發(fā)育、著(zhù)床前后等早期發(fā)育中發(fā)揮重要作用。

本研究與廣州醫科大學(xué)、中國科學(xué)院香港創(chuàng )新研究院、香港中文大學(xué)、廣州實(shí)驗室、南開(kāi)大學(xué)和西湖大學(xué)等多個(gè)研究組合作完成。本研究獲國家重點(diǎn)研發(fā)項目、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金、廣東省和廣州市的經(jīng)費支持。

論文鏈接

圖1?線(xiàn)粒體基因CYTB編碼胞質(zhì)翻譯的CYTB- 187AA調早期發(fā)育


附件下載: